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物探与化探, 2025, 49(1): 32-40 doi: 10.11720/wtyht.2025.1327

地质调查资源勘查

基于微动勘探研究山西运城盐湖区地热田深部控热控水构造

王鹤宇,1, 武国朋,2, 陈国雄3, 柴建州4, 毛杰4, 王德涛3

1.山西省地球物理化学勘查院有限公司,山西 运城 044004

2.运城学院 物理与电子工程系,山西 运城 044000

3.中国地质大学(武汉) 地质过程与矿产资源国家重点实验室,湖北 武汉 430074

4.山西省地质勘查局 二一四地质队有限公司,山西 运城 044000

Microtremor survey-based investigation of deep geothermal- and water-controlling structures in the Salt Lake geothermal field, Yuncheng City, Shanxi Province, China

WANG He-Yu,1, WU Guo-Peng,2, CHEN Guo-Xiong3, CHAI Jian-Zhou4, MAO Jie4, WANG De-Tao3

1. Shanxi Provincial Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Yuncheng 044004, China

2. Department of Physics and Electronic Engineering, Yuncheng University, Yuncheng 044000, China

3. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China

4. The 214 Geological Team of Shanxi Provincial Geological Prospecting Bureau, Yuncheng 044000, China

通讯作者: 武国朋(1988-),男,博士,讲师,主要研究方向为地热勘查和开发利用、数学地质等。Email:wu15101142103@126.com

第一作者: 王鹤宇(1980-),男,工程硕士,高级工程师,主要从事地球物理勘查工作等。Email:121909075@qq.com

责任编辑: 沈效群

收稿日期: 2024-08-9   修回日期: 2024-11-4  

基金资助: 山西省青年基金项目(20210302123374)

Received: 2024-08-9   Revised: 2024-11-4  

摘要

山西运城盐湖区地热田埋藏于人口稠密的城区下方,影响了该地热田的进一步勘查和开发。基于盐湖区地热田深部地温梯度西南高、东北低的分布特征,在运城盐湖区城镇南部设计1条NE向微动剖面,旨在探测盐湖区地热田的深部热储结构及NW向构造展布情况。微动二维速度结构剖面显示,在剖面东部存在一明显的低速异常体,应是由多条NW向张性断裂所形成的断裂破碎带所引起。该隐伏断裂破碎带与盐湖区地热田东北部的低地温梯度异常在空间上大致对应,推测该断裂破碎带可能促使地表冷水快速下渗,从而降低研究区东北部深部岩石的温度,形成较大规模的低温异常带。此外,微动方法揭示的断裂在研究区另一可控源反射地震剖面中可以追溯到,两种方法可以相互补充和验证。本次研究在前人工作的基础上进一步揭示了运城盐湖区地热田的深层地热结构和构造,为该区地热田的勘查和资源评价提供了更多的依据和指导,同时还证明了微动勘探技术在城市地质地热研究中的有效性和优越性。

关键词： 微动勘探; 盐湖区地热田; 深部热储构造; 反射地震; 运城断陷盆地

Abstract

The Salt Lake geothermal field in Yuncheng City, Shanxi Province, China lies beneath a densely populated urban area, posing significant challenges to further geothermal exploration and extraction. Based on the distribution of geothermal gradients in the geothermal field, which are higher in the southwest and lower in the northeast, a NE-trending microtremor survey profile was arranged in the southern part of Yuncheng City, aimed at investigating the deep geothermal reservoir structure and NW-trending structures in the geothermal field. The 2D velocity structure profile reveals a pronounced low-velocity anomaly in the eastern part, which is supposed to be induced by the fault fracture zone formed by multiple NW-striking tensional faults. Spatially, this concealed fault zone roughly corresponds to the low-geothermal gradient anomaly in the northeastern Salt Lake geothermal field, suggesting that this fault fracture zone might facilitate the rapid infiltration of cold surface water, thereby lowering the temperature of deep rocks in the northeastern part, leading to the formation of a large-scale low-temperature anomaly zone. Additionally, the faults identified by the microtremor survey can be traceable and confirmed in a controlled source reflection seismic profile in the study area, demonstrating the complementary nature of the two methods. This study further reveals the deep geothermal structures of the Salt Lake geothermal field based on previous efforts. This study provides more valuable bases and guidance for future exploration and resource evaluation of geothermal fields in the region while also demonstrating the effectiveness and superiority of the microtremor survey method in research on urban geothermal resources.

Keywords： microtremor survey; Salt Lake geothermal field; deep geothermal reservoir; seismic reflection; Yuncheng foult basin

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本文引用格式

王鹤宇, 武国朋, 陈国雄, 柴建州, 毛杰, 王德涛. 基于微动勘探研究山西运城盐湖区地热田深部控热控水构造[J]. 物探与化探, 2025, 49(1): 32-40 doi:10.11720/wtyht.2025.1327

WANG He-Yu, WU Guo-Peng, CHEN Guo-Xiong, CHAI Jian-Zhou, MAO Jie, WANG De-Tao. Microtremor survey-based investigation of deep geothermal- and water-controlling structures in the Salt Lake geothermal field, Yuncheng City, Shanxi Province, China[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(1): 32-40 doi:10.11720/wtyht.2025.1327

0 引言

地热作为可再生能源再次受到世界各国甚至联合国的重视,不仅在于“节能”,还有“减排”,而且地热能的能源利用系数比太阳能、风能等其他新能源都高[1-2]。早在20世纪80年代,山西省地质矿产局物探队就基于重、磁、电、震、遥感和水文等综合方法,对晋西南断陷盆地地热分布规律及形成机制进行了研究并形成报告,为晋西南盆地地热资源勘查和开发奠定了坚实的基础[3]。在此基础上,山西省地质勘查局二一四地质队、山西省地球物理化学勘查院等单位进行了一系列的地热勘查、开发工作,取得了较大进展。截至2010年,山西省运城地区包括盐湖区和河津市在内的部分城区已初步实现地热集体供暖。然而,由于在地热开发利用过程中存在进水温度不稳定、高矿化度尾水随意排放等现象[4],到2018年底,该地区大部分地热井被关停。2022年,国家发改委、能源局等联合发布《可再生能源发展“十四五”规划》,提出“积极推进地热能规模化开发”,加快推进北方冬季清洁取暖。山西省委省政府也制定《山西省地热能产业发展实施方案(2023—2025年)》,提出“十四五”时期山西省地热能产业发展的指导思想、发展目标、产业布局、重点任务和保障措施等,指导山西省地热能产业高质量发展。因此,在科学规范地热开采的前提下,运城地热的开发利用势必重新启动。

了解地热田深部热储的结构和构造,对地热资源勘查评价以及开发利用至关重要。通常,人们采用地热地质调查、钻探、地球物理探测等方法,对热储进行点、线、面的精细研究[5⇓-7]。其中,反射地震探测勘探深度大、分辨率高,探测精度高,是探测的有效手段之一[8]。然而,当地热田位于或靠近城区时,复杂的城市环境将给反射地震探测方法带来诸多干扰和限制,这就为无需人工震源、不受工业电磁场干扰的微动勘探提供了机会[9⇓⇓-12]。微动勘探通过获得地下速度场来间接探明地热系统深部构造或岩体分布信息,而且其对深部低速层的分辨能力较高,因此在地热勘查领域的应用越来越多[13⇓⇓-16]。尽管在基本原理、数据采集方式和处理等方面存在诸多明显差异,微动勘探与传统反射地震方法都可以进行深部岩性分层以及断裂构造的识别,综合使用这两种方法,可在一定程度上相互验证并提升对深部地质结构和构造的认识[17-18]。

运城市盐湖区地热田大部分位于城区地下深部,对地热田深部地温场分布特征、控热构造以及资源储量等的认识还不够充分。本次研究以运城盆地盐湖区的砂岩型地热田为目标,在城区南部设计了1条NE向的微动勘测线,研究盐湖区的控热控水构造和热储结构,以期为后续地热勘查和开发提供依据。

1 运城地区地质地热背景

1.1 地质和构造背景

山西地堑是在华北克拉通中央造山带上发展起来的中晚新生代大陆裂谷系,其东西两端分别是太行山隆起和吕梁山隆起[19-20]。山西地堑由多个次级断陷盆地构成,从北到南依次有大同盆地、忻定盆地、太原盆地、临汾盆地和运城盆地。在古生代寒武纪和奥陶纪期间,山西地堑稳定沉积了海相碳酸盐岩,之后整体经历了印支期(T3末)、燕山中—晚期(J3、K2)和喜马拉雅期的(E1-3—N1)的后期改造。但是不同次级断陷盆地的改造程度有所差异[21],其中,印支运动和燕山运动对山西地堑地层的改造非常强烈,形成了大量NE向逆冲推覆构造,而山西地堑的控盆断裂大多沿燕山期的逆断层附近反转形成[22]。

运城断陷盆地位于山西地堑的西南端,其基底主要是由太古宙和元古宙的变质片麻岩以及下古生界寒武系和奥陶系灰岩组成。中生界地层大量缺失,而新生界地层则广泛分布(图1a)。运城盆地内出露有少量中酸性侵入岩体,以岩株的形式产出,主要位于盆地中部孤山和中条山蚕坊等处[23-24]。盆地内断裂发育,以NE和NW走向为主,形成了“X”型断裂构造系统[25]。其中,NE走向正断裂规模大、延伸长,通常形成断陷盆地的构造格架,主要包括北部的吕梁山前断裂F1、中部的峨眉台地北缘F2和南缘F3断裂,以及南部的中条山北麓断裂F4。NW走向断裂多为隐伏断裂,主要包括万荣—东郭隐伏正断裂F6[26]。以NE走向断裂为界,运城盆地可划分为3个较大的次级构造单元,由北向南分别是汾河凹陷、峨眉台地以及涑水河凹陷(图1b)。此外,峨眉台地和涑水河凹陷地裂缝发育较为显著,其展布方向通常与周边断裂一致,而且受地下水超采的显著影响[27-28]。

图1

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图1   研究区地质构造背景

Fig.1   Geological and tectonic background of the study area


1.2 盐湖区地热田地热地质条件

运城盆地的热储类型主要为岩溶型和孔隙型,表现出一定的裂隙带状特征[29]。除盐湖区地热田热储层为孔隙型层状外,其他大部分地热田(包括河津、新绛、稷山、万荣、临猗等)主要是岩溶型层状热储层。运城盆地深部的莫霍面和居里等温面上隆,岩石圈厚度减薄,并存在壳内低速高导层,这些是本区地热资源丰富的深部背景[19]。山西省西南部断陷盆地地热综合物探成果报告[3]指出,NE走向的控盆深大断裂带通常对盆地地热田的分布具有一定控制作用。盆地内部新生界第四系松散砂泥岩广泛分布,通常可以作为覆盖层起保温作用,而新生界古近系砂岩、下古生界灰岩等通常作为地热储层,用于地热水的开发利用。

盐湖区地热田位于涑水河凹陷中南部,临近中条山北麓断裂带。盖层为第四系松散层,热储层为古近系和新近系砂泥岩,热储层自北向南逐渐加厚加深,最深达3 500 m[19,25,30]。盐湖区地热田的主要地热钻孔位置见图2,目前该区尚未有地热钻孔钻透古近系地层。靠近研究区西南角的1号地热钻孔,在深度4 000 m处可达到最高温度140 ℃。通过钻孔测井测温计算不同地热钻孔的平均地温梯度,并利用普通克里格插值得到地温梯度等值线图(图2b),可以发现盐湖区地热田的平均地温梯度在8.03~28.24 ℃/km范围内变化,呈现出西南高、东北低的特点,推测这可能与NW向构造有关。据地热钻孔水质分析研究和相关报告,盐湖区地热水水化学特征存在明显的分带性和差异性,研究区西南部为NaCl型水,东北部为SO4-Cl-Na型水,pH值在6.0~7.8之间[31-32]。

图2

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图2   盐湖区地热田地质物探勘查工作分布

Fig.2   Geological and geophysical exploration work within the Salt Lake geothermal field


2 微动勘探

即使没有地震活动,地球表面也总处于微弱的振动状态,其形变位移一般处于10-7~10-5 m之间,这种持续震动称为微动。微动通常来源于各种自然现象(如气压、河流、海浪、潮汐等)以及人类日常活动(如人类行走、汽车行驶、工厂机械运行等),是由体波(横波和纵波)和面波(瑞利波和勒夫波)组成的复杂震动。尽管微动信号的波形和振幅可能随着位置和时间的变化而变化,但在一定的时间和空间范围内,它们在统计上是稳定的,因此可以用平稳随机过程理论进行描述[33]。

基于平稳随机过程理论,微动勘探利用专门仪器采集微动信号,并从中提取瑞利面波信号,反演地下横波速度结构,进而获得深部地层和构造信息。根据台阵布设形式和面波频散曲线提取方法的不同,微动主要包括空间自相关法(spatial autocorrelation method, SPAC)和频率—波数法(frequency-wavenumber spectral method, F-K)。与F-K法相比,SPAC法有明确的理论基础,能更好地从微动中分离出面波[17],此外,SPAC需要更少的台站(地震检波器)和更小的阵列,而且结果稳定,探测深度大[10],因此本次研究采用SPAC方法。

SPAC方法采用圆形阵列观测,地震台站均匀地分布在同一半径的圆周上,尽可能记录来自所有方向的震源。对半径相同的台站对的空间自相关函数进行方位平均,便可以得到方位平均后的自相关系数ρ(r,ω),其也可以用零阶第一类贝塞尔函数表示:

ρ(r,ω)=12πφ∫02πRe[SAB(ω,r,θ)]SA(ω)SB(ω,r,θ)dθ

式中:r为圆周半径;ω为角频率;θ为圆周上观测台站的方位角;SA(ω)为A台站的自功率谱;SB(ω,r,θ)为B台站的自功率谱;SAB(ω,r,θ)为A、B两台站间的互功率谱。

计算得到的自相关系数可以用零阶第一类贝塞尔函数表示,即

ρ(r,ω)=J0rωc。

式中:c为瑞利波相速度;J0为零阶第一类贝塞尔函数。通过式(2)拟合自相关系数与贝塞尔函数来求得面波的相速度,提取其频散曲线[34]。将获得的频散曲线通过线性或非线性方法(遗传算法、退火算法等)反演获得速度结构,为地质解释做准备[10]。

3 应用实例

3.1 微动测线铺设

盐湖区地热田深部的平均地温梯度在西南部较高、东北部较低,这种现象极可能与NW向的构造活动有关。因此,在盐湖区地热田南部设计了1条长22 km、走向NE的微动剖面M1,旨在进一步探明地热田深部的热储结构以及控热控水构造。该剖面共设置12个勘探点,测点间距约为2 km,具体位置见图2a。

3.2 微动观测系统设计

为了更好地摸排清楚地热田热储结构,微动勘探设计深度应超过盐湖区新生界地层的一般厚度(3 000 m)。在微动多重圆形阵列的研究中,勘探深度通常是圆形台阵半径的3~5倍[17],因此,本次微动台阵布设包含3个同心圆,半径分别为200 m、400 m和800 m,在每个不同半径的圆周上等间距布设3个检波器,具体布设见图3。本次设计采用嵌套式等边三角形观测台阵,其优势包括:①有利于适应微动震源传播方向的不确定性;②有利于采集不同波长的信号。

图3

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图3   微动台阵布设参数

Fig.3   Layout of the microtremor station points for the SPAC method


仪器采用深圳面元智能科技有限公司的SmartSolo IGU-16HR,仪器采样频率为500 Hz。勘探时间为2023年11月上旬,白天在郊区或者农田布设测点采集数据(如P12点),市区测点安排在晚上21时以后采集,以降低人为干扰(如P6点)。每个测点仪器采集时间不少于2 h。尽管P2和P4点因天气原因未能施工,但该工程仍完成了初步研究目标。

3.3 一致性试验

为了保证勘探数据的质量,本次研究在正式勘探前,对所有使用仪器进行了一致性检查。一致性检查地点选在P3勘探点附近,时间为2023年10月29日。如图4所示,在目标频段2~20 Hz范围内,相干系数均值大于98%,仪器的功率谱偏差小于2%,满足微动探测对仪器一致性的要求。

图4

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图4   波形一致性检验

Fig.4   Results of the consistency test


3.4 数据处理

本次利用SAC(seismic analysis code)载入原始数据,并进行预处理,主要包括:①去均值、去线性趋势和波形尖灭;②去毛刺;③滤波;④分段截取。完成数据预处理工作后,定义排列参数,计算空间自相关系数,并手动提取面波频散曲线(图5a)。然后,通过对频散曲线的反演,获得每个微动观测点的地下横波速度结构。最后,整合所有观测点的地下速度值,进行克里格插值,得到最终的二维横波速度结构剖面(图5b)。

图5

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图5   运城市盐湖区地热田微动勘探成果

Fig.5   Micro seismic exploration results of geothermal fields in the Salt Lake geothermal field,Yuncheng city


3.5 剖面解释

如图5b所示,微动剖面M1除P7—P9点异常外,其他区域速度等值线呈似层状稳定。整体上,微动横波速度由浅入深逐渐增大,最小值为400 m/s,最大值为3 100 m/s,探测深度达5 000 m。将微动剖面与已知地热钻孔成果及本区地层资料对比分析,除异常区P7—P9外,第四系松散沉积物底界通常在800 m左右,对应的横波速度小于1 000 m/s;新近系地层底界深度为1 800 m,横波速度在1 300~1 900 m/s之间;古近系底界深度约为3 500 m,横波速度在1 900~2 500 m/s;而横波速度大于2 500 m/s的部分很可能对应以寒武系—奥陶系灰岩为主的基底地层,其埋深通常超过3 500 m。

在M1剖面12~16 km处(即P7—P9)发现一明显低速异常体,表现为速度等值线同向下凹,且凹陷程度不均一。该低速体向下延伸约4 km,宽度为4~5 km,下部逐渐变窄,且内部存在高速块体。结合本区地质构造背景,该低速异常体边界由2条倾向相反的正断裂(即MF1和MF4)构成。其中,MF1断裂倾向NE,MF4断裂倾向WS,2条断裂倾角均较大,为80°左右。在该低速异常体的浅部,可以发现小范围的等值线同向扭曲,推测是由小型断裂MF2、MF3引起的,这两条断裂也表现出一定的正断裂性质。此外,通过对比发现,微动探测剖面上MF1、MF2、MF3以及MF4断裂规模不同,切割的地层也各不相同。

4 讨论

本次微动勘测结果很好地刻画了盐湖区地热田南部深部速度变化情况,结合之前的反射地震资料,可以相互验证、相互补充,从而进一步探清盐湖区地热田热储结构和构造情况。

目前,关于山西运城地区的构造研究主要集中在NE向的控盆深大断裂,而对NW向断裂的研究较少[35-36]。本研究收集了山西物化院于2020年在运城市盐湖区北部采集的一条长约8 km的NE向反射地震剖面(具体位置见图2a)。该剖面采用可控震源激发,扫描频率为8~110 Hz,扫描长度为12 s,检波器为法国产428XL型号10 Hz数字地震仪,道距20 m,炮距60 m,中间激发,两边接收,共接收道数300道。由于城区建筑物密集且道路上车辆和行人流量较大,该反射地震剖面只能布置在城区北部较宽阔的道路段。尽管在城区进行二维反射地震施工干扰因素较多,但该研究区的古生界和新生界地层沉积稳定,不同年代地层界面之间波阻抗差异明显,形成了能量较强且可连续追踪的标志性反射波组,因此反射地震所需的地质条件比较优越。

D1测线地震叠后偏移剖面如图6所示,根据剖面的波组特征,解释了3组比较明显的反射波T0、T1和T2,分别对应第四系底界面、新近系底界面以及古生界灰岩基底(即古近系底界面)顶界面。此外,解释中还发现了多条正断裂,规模不一,倾角介于60°~80°之间。其中,位于反射地震测线中部的5条断裂规模较小,虽然倾角不同,但均主要导致T0反射波发生错段,即这些断裂主要错断了第四系地层。相反,位于D1测线两端的断裂规模较大,向下延伸较深,极可能错断了新生界底界面,甚至古生界地层。可以发现,尽管在城镇开展反射地震工程受到各种干扰和限制,但该反射地震剖面仍能较清晰地探测到地下主要岩层和断裂的分布情况。

图6

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图6   地热田北部可控源反射地震D1叠后偏移剖面及地震解释

Fig.6   The post-stack migrated time section from the reflection seismic profile D1 with the geological interpre-tation in the north of the Salt lake geothermal field


由图2所示测线位置可知,反射地震剖面D1测线与微动勘探线M1近似平行,二者相距5 km左右,反射地震测线两端大致对应微动勘探点P5—P9之间。由于研究区沉积地层连续性较好,因此可以在地层和断裂构造方面对两个地震剖面进行相互对比和验证。综合对比分析发现,二者均能够清晰揭示地下主要地层分布和断裂展布情况。对比研究两个剖面相同地层的深度,盐湖区深部沉积地层向南逐渐变深,这是受中条山北麓断裂控制的结果。在地下隐伏断裂的追踪方面,二者显示出一致性和差异性,其中反射地震剖面揭示的断裂DF1、DF4、DF6、DF7与微动剖面反映的MF1、MF2、MF3、MF4断裂具有较好的对应性。然而,微动剖面未能刻画出反射地震剖面的某些小断裂(如DF2和DF3)。尽管如此,微动方法仍能够更好反映地下深部介质低速层的空间变化,尤其是对充水的断裂破碎带非常敏感,能够圈出地下水在断裂破碎带中的渗透范围。总体而言,微动探测与反射地震勘探的结果可以相互对比和补充验证。此外,从微动剖面图可以看出,盐湖区东部的隐伏张性断裂系统破碎带较宽,规模较大,透水、导水性较强。八一水库、安邑水库等地表水体以及大气降水可以通过该张性断裂破碎带直接下渗补给,对深部围岩有冷却降温的作用,从而使盐湖区地热田东北部地温梯度变低。

结合运城地区重磁场平面特征以及相关地质构造背景[24],笔者推测,本次微动勘探剖面和二维反射地震剖面所揭示的一系列正断层可能与NW向万荣—东郭隐伏断裂有关。该断裂在剩余重力异常图上较为明显,错位了峨眉台地内的局部重力高异常,使等值线出现同向扭曲。同时,推测该断裂与孤峰山的高磁性岩浆岩存在紧密联系[24]。孤峰山花岗闪长岩的地球化学和年代学研究显示其形成于早白垩世,是伸展构造背景下的产物[22]。因此,推断剖面东部发现的张性断裂系统可能是中生代晚期伸展形成的。基于运城活动断裂野外调查,结合断裂运动学和动力学特征,认为运城盆地在新生代经历了多期构造活动,应力场由新近纪NE—SW向挤压与NW—SE向伸展,转变为早更新世末期的NW—SE向挤压与NE—SW向伸展,在晚更新世—全新世则主要表现出以近EW向挤压和SN向伸展的特点[35]。该构造应力场的多期转换可以解释NW向断裂正断层两盘的相对位移较小。由于该区经历多期构造运动,NW向断层带内的破碎可能较为强烈,且很可能充水,因此在微动探测剖面上显示出明显的低速异常体特征。此外,据运城地区地裂缝、地震等研究[37-38],运城盐湖区较为发育的NW向地裂缝与此次圈定的NW向断裂在构造成因上有紧密联系。

综上所述,微动勘探能够在运城盐湖区城区很好地刻画出地下深部速度场分布情况,进而圈定主要断裂构造和地层结构。微动剖面圈定的NW向断裂破碎带与盐湖区地热田的地温梯度分布密切相关。而且,微动勘探施工容易,抗干扰能力强,探测成本低,其结果与高分辨率反射地震基本一致,而且对断裂带中地下(热)水循环引起的低速体更为敏感。因此,利用微动勘探在城镇内部或附近的地热田进行深部结构和构造调查具有明显优势。

5 结论

本研究针对城区人口密集的特点,在山西运城盐湖区地热田南部开展了适合城市地热地质条件的微动勘探,主要研究目标是探索本区的热储结构和控热控水构造,重点分析地温梯度带在西南部高、东北部低的分布特征形成的原因。微动勘探结果显示,研究区东部存在一巨大低速体异常,解释为一系列NW向张性断裂组成的破碎带,经分析该断裂带可能是NW向万荣—东郭隐伏断裂的南端部分。该断裂破碎带极可能是盐湖区地热田的重要冷水补给通道,而下渗补给的冷水降低周围岩石温度,形成研究区东北部较低的温度梯度异常带。此外,本研究对比分析了2条平行且相距5 km的微动剖面和反射地震剖面,发现它们所反映的地下地质和构造情况可以互相验证和补充。结合微动勘探无须人工震源、抗干扰能力强、成本低等特点,微动勘探在城市地热勘查中具有显著的有效性和优越性。

参考文献

庞忠和, 胡圣标, 汪集旸.

中国地热能发展路线图

[J]. 科技导报, 2012, 30(32): 18-24.

[本文引用: 1]

Pang Z H, Hu S B, Wang J Y.

A roadmap to geothermal energy development in China

[J]. Science & Technology Review, 2012, 30(32): 18-24.

[本文引用: 1]

郭森, 马致远, 李劲彬, 等.

我国地热供暖的现状及展望

[J]. 西北地质, 2015, 48(4): 204-209.

[本文引用: 1]

Guo S, Ma Z Y, Li J B, et al.

Status and prospects of geothermal heating in China

[J]. Northwestern Geology, 2015, 48(4): 204-209.

[本文引用: 1]

刑集善.

山西省西南部断陷盆地地热综合物探成果研究报告

[R]. 山西省地质矿产局物理探矿队,1988.

[本文引用: 2]

Xing J S.

Research Report on Comprehensive Geothermal Exploration Results in the Southwest Fault Basin of Shanxi Province

[R]. Geophysical Exploration Team of Shanxi Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources,1988.

[本文引用: 2]

薛鹏, 薛铭, 薛晓光.

运城地热利用现状与可持续发展思路

[C]// 2016中国环境科学学会学术年会论文集,2016:6.

[本文引用: 1]

Xue P, Xue M, Xue X G.

Current Status and Sustainable Development Ideas of Geothermal Utilization in Yuncheng

[C]// 2016 Proceedings of the Academic Annual Conference of the Chinese Society of Environmental Sciences,2016:6.

[本文引用: 1]

裴发根, 张小博, 王绪本, 等.

综合地球物理勘探在齐齐哈尔地区低温地热系统调查中的应用——以HLD1井为例

[J]. 地球物理学进展, 2021, 36(4): 1432-1442.

[本文引用: 1]

Pei F G, Zhang X B, Wang X B, et al.

Application in geothermal survey of low temperature system by integrated geophysical exploration in the Qiqihar area: Take the well HLD1 as an example

[J]. Progress in Geophysics, 2021, 36(4): 1432-1442.

[本文引用: 1]

邹鹏飞, 徐雪球, 程远志, 等.

长三角地区中深层地热资源勘查技术创新与应用

[J]. 科技导报, 2023, 41(12): 46-65.

DOI:10.3981/j.issn.1000-7857.2023.12.006      [本文引用: 1]

总结了长三角地区中深层地热资源勘查技术方法，评估了其适用条件及应用效果，形成长三角地区地热资源勘查评价方法体系。结果表明：重力和磁法勘探适用于探测沉积盆地基底、断裂构造、岩浆岩分布等信息；可控源音频大地电磁法（CSAMT）和广域电磁法（WFEM）能有效探测隐伏基岩岩性和富水断裂位置，精度高，是确定地热井位最有效的技术方法；微动勘查方法（MSM）对深部低速层的分辨能力优于其他物探方法；地温测量和氡气测量是浅覆盖区勘查对流型地热资源最有效的手段；构造隆起区勘查深埋传导型地热资源宜采用CSAMT、WFEM、MSM、重力、磁法组合；而勘查浅层对流型地热资源，宜采用CSAMT、测温、测氡组合；在沉积盆地区勘查传导型孔隙地热资源，采用CSAMT、大极距电测深、微动组合；在隆起与凹陷断阶带，勘查复合型地热资源，采用CSAMT、MSM、高精度重力、浅孔测温组合。在水热活动比较强烈的地区，通过分析土壤和地下水中某些特殊元素的富集规律，判断地下热储构造、圈定地热异常范围；利用地热流体中阳离子地热温标和SiO<sub>2</sub>温标等估算热储温度，氢氧稳定同位素推测地热流体补给高程，进而研究地热系统成因。孔隙型地热井，一般采用正循环泥浆钻井，洗井采用喷射洗井、多磷酸盐洗井等方法，全孔下入套管，取水层段采用缠丝滤水管成井；裂隙型地热井，一般采用正循环泥浆钻井，适用喷射洗井、多磷酸盐洗井、液态二氧化碳洗井、压缩空气洗井等多种洗井方法，取水层段采用裸眼成井或滤水管成井；岩溶型地热井，可采用气举反循环与正循环钻进工艺，取水层段采用裸眼成井或滤水管成井；酸化压裂洗井是提高岩溶-裂隙型地热井出水量最有效的方法。

Zou P F, Xu X Q, Cheng Y Z, et al.

Innovation and application of geothermal resources exploration technology in the mid-deep layers of the Yangtze River Delta

[J]. Science & Technology Review, 2023, 41(12): 46-65.

[本文引用: 1]

张昭, 殷全增, 张龙飞, 等.

综合物探技术在深部碳酸盐岩热储探测中的应用研究——以雄安新区为例

[J]. 物探与化探, 2023, 47(4): 926-935.

[本文引用: 1]

Zhang Z, Yin Q Z, Zhang L F, et al.

Application of the integrated geophysical exploration technology in the exploration of deep carbonate geothermal reservoirs: A case study of the Xiongan new area

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(4): 926-935.

[本文引用: 1]

王凯, 张杰, 白大为, 等.

雄安新区地热地质模型探究: 来自地球物理的证据

[J]. 中国地质, 2021, 48(5): 1453-1468.

[本文引用: 1]

Wang K, Zhang J, Bai D W, et al.

Geothermal-geological model of Xiongan new area: Evidence from geophysics

[J]. Geology in China, 2021, 48(5): 1453-1468.

[本文引用: 1]

王亚辉, 张茂省, 师云超, 等.

基于综合物探的城市地下空间探测与建模

[J]. 西北地质, 2019, 52(2): 83-94.

[本文引用: 1]

Wang Y H, Zhang M S, Shi Y C, et al.

Precise detection and modeling of urban underground space based on integrated geophysical exploration

[J]. Northwestern Geology, 2019, 52(2): 83-94.

[本文引用: 1]

田宝卿, 丁志峰.

微动探测方法研究进展与展望

[J]. 地球物理学进展, 2021, 36(3): 1306-1316.

[本文引用: 3]

Tian B Q, Ding Z F.

Review and prospect prediction for microtremor survey method

[J]. Progress in Geophysics, 2021, 36(3): 1306-1316.

[本文引用: 3]

张文文, 张永谦, 黄跃鹏, 等.

地震背景噪声成像技术研究进展与展望

[J]. 地球物理学进展, 2022, 37(1): 125-141.

[本文引用: 1]

Zhang W W, Zhang Y Q, Huang Y P, et al.

Research progress and prospect of seismic ambient noise tomography

[J]. Progress in Geophysics, 2022, 37(1): 125-141.

[本文引用: 1]

应恒成, 李洪强, 张玉敏, 等.

基于SPAC法探测松科二井深层地热储水构造

[J]. 地球学报, 2022, 43(6): 909-916.

[本文引用: 1]

Ying H C, Li H Q, Zhang Y M, et al.

Application of SPAC method to survey deep geothermal water storage structures in SK-2

[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2022, 43(6): 909-916.

[本文引用: 1]

Xu P F, Ling S Q, Li C J, et al.

Mapping deeply-buried geothermal faults using microtremor array analysis

[J]. Geophysical Journal International, 2012, 188(1): 115-122.

[本文引用: 1]

Tian B Q, Xu P F, Ling S Q, et al.

Application effectiveness of the microtremor survey method in the exploration of geothermal resources

[J]. Journal of Geophysics and Engineering, 2017, 14(5): 1283-1289.

[本文引用: 1]

董耀, 李光辉, 高鹏举, 等.

微动勘查技术在地热勘探中的应用

[J]. 物探与化探, 2020, 44(6): 1345-1351.

[本文引用: 1]

Dong Y, Li G H, Gao P J, et al.

The application of fretting exploration technology in the exploration of middle and deep clean energy

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2020, 44(6): 1345-1351.

[本文引用: 1]

陈昌昕, 严加永, 周文月, 等.

地热地球物理勘探现状与展望

[J]. 地球物理学进展, 2020, 35(4): 1223-1231.

[本文引用: 1]

Chen C X, Yan J Y, Zhou W Y, et al.

Status and prospects of geophysical method used in geothermal exploration

[J]. Progress in Geophysics, 2020, 35(4): 1223-1231.

[本文引用: 1]

Okada H, Suto K. The microtremor survey method[M].Society of Exploration Geophysicists, 2003.

[本文引用: 3]

李广才, 李培, 姜春香, 等.

我国城市地球物理勘探方法应用进展

[J]. 地球物理学进展, 2023, 38(4): 1799-1814.

[本文引用: 1]

Li G C, Li P, Jiang C X, et al.

Advances of the application of urban geophysical exploration methods in China

[J]. Progress in Geophysics, 2023, 38(4): 1799-1814.

[本文引用: 1]

邢作云, 赵斌, 涂美义, 等.

汾渭裂谷系与造山带耦合关系及其形成机制研究

[J]. 地学前缘, 2005, 12(2): 247-262.

[本文引用: 3]

Xing Z Y, Zhao B, Tu M Y, et al.

The formation of the Fenwei rift valley

[J]. Earth Science Frontiers, 2005, 12(2): 247-262.

[本文引用: 3]

Zhao G C, Sun M, Wilde S A, et al.

Late Archean to Paleoproterozoic evolution of the North China Craton: Key issues revisited

[J]. Precambrian Research, 2005, 136(2): 177-202.

[本文引用: 1]

Chen G D.

On the geotectonic nature of the Fen-Wei rift system

[J]. Tectonophysics, 1987, 143(1-3): 217-223.

[本文引用: 1]

王同和.

晋陕地区地质构造演化与油气聚集

[J]. 华北地质矿产杂志, 1995(3): 283-398.

[本文引用: 2]

Wang T H.

Evolutionary characteristics of geological structure and oil-gas accumulation in Shanxi-Shaanxi area

[J]. North China Journal of Geology and Mineral Resources, 1995(3): 283-398.

[本文引用: 2]

齐玥, 罗金海, 巫嘉德, 等.

华北中南部蚕坊和孤峰山花岗闪长岩体的地球化学特征和Sr-Nd-Pb同位素组成

[J]. 岩石学报, 2016, 32(7): 2015-2028.

[本文引用: 1]

Qi Y, Luo J H, Wu J D, et al.

Geochemical and Sr-Nd-Pb isoto-pic composition of the Canfang and Gufengshan granodiorite plutons in central-southern North China

[J]. Acta Petrologica Sinica, 2016, 32(7): 2015-2028.

[本文引用: 1]

闫纪元. 运城盆地及北侧孤山晚新生代构造—沉积与隆升—剥蚀过程研究[D]. 北京: 中国地质科学院, 2021.

[本文引用: 3]

Yan J Y. Study on late Cenozoic tectonic-sedimentary and uplift-erosion processes in Yuncheng Basin and Gushan on its north side[D]. Beijing: Chinese Academy of Geological Sciences, 2021.

[本文引用: 3]

孙建英. 运城盆地及邻区重磁力异常成因研究[D]. 西安: 西安石油大学, 2016.

[本文引用: 2]

Sun J Y. Study on the causes of gravity and magnetic anomalies in Yuncheng basin and its adjacent areas[D]. Xi’an: Xi’an Shiyou University, 2016.

[本文引用: 2]

赵俊峰, 盛双占, 王栋, 等.

临汾—运城盆地上古生界演化、改造及油气资源潜力分析

[J]. 地质论评, 2019, 65(1): 168-180.

[本文引用: 1]

Zhao J F, Sheng S Z, Wang D, et al.

Analysis on evolution, modification and hydrocarbon resources potential of the upper Paleozoic in the Linfen—Yuncheng Basin

[J]. Geological Review, 2019, 65(1): 168-180.

[本文引用: 1]

徐继山, 庄会栋, 唐东旗, 等.

运城盆地地裂缝特征及机理分析

[J]. 地质灾害与环境保护, 2010, 21(2): 97-100.

[本文引用: 1]

Xu J S, Zhuang H D, Tang D Q, et al.

Characteristic and mechanism analysis of ground fissures in Yuncheng basin

[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation, 2010, 21(2): 97-100.

[本文引用: 1]

赵俊彦, 王海刚, 卢全中, 等.

运城盆地和峨眉台地地裂缝基本特征

[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2018, 29(6): 58-67.

[本文引用: 1]

Zhao J Y, Wang H G, Lu Q Z, et al.

Basic features of ground fissures in Yuncheng Basin and Emei Platform

[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2018, 29(6): 58-67.

[本文引用: 1]

李壮, 冯志强, 侯建斌, 等.

山西省地热资源规律及其地质背景研究

[J]. 地质与勘探, 2023, 59(2): 353-376.

[本文引用: 1]

Li Z, Feng Z Q, Hou J B, et al.

The law of geothermal resources in Shanxi Province and its geological background

[J]. Geology and Exploration, 2023, 59(2): 353-376.

[本文引用: 1]

司庆红, 曾威, 刘行, 等.

临汾—运城盆地氦气富集要素及成藏条件

[J]. 西北地质, 2023, 56(1): 129-141.

[本文引用: 1]

Si Q H, Zeng W, Liu X, et al.

Analysis of helium enrichment factors and reservoir forming conditions in Linfen-Yuncheng Basin

[J]. Northwestern Geology, 2023, 56(1): 129-141.

[本文引用: 1]

李强.

运城市地热水水化学特征及评价研究

[J]. 水利与建筑工程学报, 2015, 13(5): 127-130, 184.

[本文引用: 1]

Li Q.

Hydrochemistry and evaluation of geothermal water in Yuncheng

[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering, 2015, 13(5): 127-130, 184.

[本文引用: 1]

李成城. 运城盆地高氟地下咸水成因机制研究[D]. 武汉: 中国地质大学, 2018.

[本文引用: 1]

Li C C. Study on genetic mechanism of high fluorine groundwater in Yuncheng basin[D]. Wuhan: China University of Geosciences, 2018.

[本文引用: 1]

Aki K.

Space and time spectra of stationary stochastic waves, with special reference to microtremors

[J]. Bulletin of the Earthquake Research Institute, 1957,35:415-456.

[本文引用: 1]

Ling S Q. Research on the estimation of phase velocities of surface waves in microtremors[D]. Sapporo: Hokkaido University,1994.

[本文引用: 1]

郭春杉. 运城盆地主要断裂活动性及其相关块体变形特征研究[D]. 北京: 中国地震局地震预测研究所, 2019.

[本文引用: 2]

Guo C S. Study on main fault activity and deformation characteristics of related blocks in Yuncheng basin[D]. Beijing: Institute of Earthquake Prediction, China Earthquake Administration, 2019.

[本文引用: 2]

金刚. 山西运城盆地新生代沉积—构造演化研究[D]. 西安: 长安大学, 2020.

[本文引用: 1]

Jin G. Study on Cenozoic sedimentary-tectonic evolution in Yuncheng basin, Shanxi Province[D]. Xi’an: Changan University, 2020.

[本文引用: 1]

易锦俊. 山西地堑系活动断裂与地震、地裂缝灾害研究[D]. 西安: 长安大学, 2008.

[本文引用: 1]

Yi J J. Study on active faults and earthquake and ground fissure disasters in Shanxi graben system[D]. Xi’an: Changan University, 2008.

[本文引用: 1]

刘义. 山前断裂上盘地裂缝群发机制研究——以运城盆地夏县地裂缝为例[D]. 西安: 长安大学, 2014.

[本文引用: 1]

Liu Y. Study on the mechanism of ground fissures in footwall of piedmont fault:A case study of ground fissures in Xiaxian County, Yuncheng Basin[D]. Xi’an: Changan University, 2014.

[本文引用: 1]

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